[发明专利]汽车催化后处理系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种催化后处理系统，特别是用于汽车应用，例如用于柴油机。更具体地，本发明涉及催化后处理系统，其引入了柴油机氧化催化剂(DOC)和位于该柴油机氧化催化剂(DOC)下游的可再生后处理装置。本发明进一步涉及一种在后处理装置的主动热处理过程中保持柴油机氧化催化剂(DOC)活性的方法，和一种在主动热处理事件过程中避免柴油机氧化催化剂(DOC)衰减(extinction)的方法。

发明背景

对车辆排放物的不断提高的规格通过工程设计(包括高级发动机管理)和多种催化后处理装置的组合来满足。

在来自压缩点火(下文称作“柴油机”)发动机的废气的情况中，所控制的排放物是一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物。颗粒物虽然经常简称为“烟灰”，但是它们是复杂的固体，碳颗粒形成其大部分。以前，颗粒物的排放是柴油机发出的特征“烟雾”，特别是当在重负荷下运行例如在爬山过程中更是如此。碳颗粒还携带了不同量的吸收或吸附的烃和氧化副产物。

柴油机氧化催化剂(DOC)是引入用于轻型柴油车辆中的第一催化后处理装置。DOC包含催化剂，几乎专门基于铂族金属(PGM)，特别是铂，任选地组合有另一种PGM和/或催化贱金属，其沉积在高表面积的流通式催化剂基底上。基底单元俗称“砖块”。DOC对氧化CO和HC和降低颗粒物的重量有效，并且一些年来，DOC足以满足轻型柴油机排放物的规格。

随着引入了对来自于柴油机车辆的排放物控制的更高标准，处理颗粒物已经变成必需的。柴油机通常产生比火花点火或者汽油发动机更低水平的NO_x，并且柴油机可以经工程设计来降低颗粒物，不过要以NO_x增加为代价，或者反之亦然。在欧洲现行和将要引入美国的规格下，现有技术的柴油机车辆目前具有DOC和烟灰过滤器的组合，并且还可以具有NO_x还原系统。烟灰过滤器经常但非排他地是催化烟灰过滤器(CSF)，并且虽然它们的细节可能不同，但是它们通常引入陶瓷壁流式过滤器，或者不太经常地引入烧结金属过滤器。催化过滤器带有烟灰氧化催化剂的沉积物，例如PGM和碱金属或碱土金属组合。

这种过滤器能够满足颗粒物排放的规格。虽然在涉及高速区的正常驾驶周期期间，这种过滤器不会遭受烟灰聚集，但是现实的情形例如在城市中，会包括长时间的低速驾驶和/或延长的空转期，在此期间烟灰会在过滤器中聚集，但是废气温度不足以催化氧化该烟灰。过滤器面的堵塞或者过滤器通道内烟灰的聚集会例如导致背压增加到严重影响发动机效率的程度，或者在极端的情况中损坏发动机本身。因此必需提供某种形式的过滤器再生来清洁该过滤器。

被动再生包括使车辆以足够高的速度运行，以使得废气达到聚集的烟灰开始氧化的温度。

替代的主动再生描述在例如GB2406803A中。将废气中补充的HC形式的燃料供给到DOC，在这里它燃烧并将废气温度提高到催化烟灰过滤器上聚集的烟灰开始催化燃烧的点。涉及主动再生的GB2406803A(Johnson Matthey)公开了一种DOC，其具有在砖块上游端中的Pt-组分和在砖块下游端中的Pd-组分。关于尺寸唯一的其他公开内容记载“基本上无Pd的含Pt区域可以达到基底整料长度的一半或者“条纹”类型尺寸。要注意的是，不同组成的目的来源于由含硫柴油燃料所产生的硫酸盐化作用。虽然在欧洲国家中目前柴油燃料具有低的或者超低的硫含量，但是在许多其他国家中仍然存在着硫含量较高的问题。

WO00/29726(Engelhard)在一种实施方案中描述了在催化烟灰过滤器上游的一种流通式催化剂或者DOC(在一些地方易混淆地称为第二催化剂)。该DOC组成均匀，但是CSF可以具有4英寸的富含Pt的端。在一些测试中，该DOC与CSF一起测试，在一些实验中，CSF单独使用。在一些CSF实验中，富含Pt的端是上游，在一些实验中富含Pt的端是下游。该早期CSF公开文献没有想到CSF的主动再生。

WO2009/005910(Cummins)描述了一种废气后处理装置，其中砖块的前端面具有物理形式或者化学涂层，来有效防止暴露于含有柴油机颗粒物的废气流的砖块的“遮蔽”或者堵塞或者面栓塞(face-plugging)。当使用化学涂层时，需要明确指出的是，这意在砖块的前端面上进行，并且不延伸到砖块的流体通道中。